Foveon X3

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

В Википедии есть портал
«Фотография»

Логотип Foveon X3

Foveon X3 — матрица компании Foveon, в которой цветоделение на аддитивные цвета RGB проводится послойно, по толщине полупроводникового материала, с использованием физических свойств кремния.

Название сенсора «Х3»^[1] подразумевает как его «трёхслойность», так и «трёхмерность» структуры, дабы подчеркнуть отличие от «плоских» матриц с фильтром Байера.

Управляющие схемы и элементы матрицы могут быть построены с применением КМОП и других технологических решений. Однако на данный момент (2008 год) производится только КМОП версия.

[править] Принцип работы

Принцип цветоделения Foveon X3

Для деления на составляющие RGB используются дисперсные свойства кремния. Синяя часть спектра поглощается верхним слоем, зелёная средним и красная нижним.

Толщина каждого слоя выбрана по результатам экспериментальных исследований по глубине проникновения квантов соответствующего спектрального диапазона в кремний. Слои, в которых происходит фотоэффект, разделены дополнительными тонкими зонами низколегированного кремния и имеют отдельные выводы сигнала.

Благодаря малой (менее 5 мкм) толщине сенсора, возможное влияния хроматических аберраций на изображение минимально. Однако, как и в других разновидностях матриц, поглощение красной части спектра происходит на максмальной глубине. В результате паразитной диффузии фотоэлектронов и засветки косыми лучами в области максимальных длин волн происходит дополнительное размытие изображения.^[2]

[править] Достоинства

Более чёткое изображение:

Не требуется процедуры интерполяции недостающих компонентов в каждом пикселе.

Не требуется постановки перед матрицей размывающего фильтра (обязательного компонента байеровских матриц, он же англ. Anti-aliasing filter) для решения проблемы цветового муара — явления, характерного для мозаичных матриц;

Потенциально лучшие шумовые характеристики:

Теоретически, позволяет улучшить соотношение сигнал/шум благодаря отсутствию поглощающих 2/3 светового потока цветных фильтров. Но из-за поглощения светового потока верхними слоями и необходимости восстанавливать насыщенность цвета дополнительной обработкой выигрыш в чувствительности оказывается невелик.

По заявлению разработчиков, Foveon Х3-сенсор имеет ещё одно интересное свойство — изменяемый размер эффективного пикселя. Малый размер позволяет делать снимки высокого разрешения. Больший — даёт возможность снимать при слабом освещении. Объединение пикселов в системы 1х1, 4х4, 1х2 и т. д. производится в динамическом режиме.^[3]

[править] Недостатки

Недостаточная точность цветопередачи и невозможность её радикального улучшения, так как в наибольшей степени она определяется свойствами кремния как такового, и произвольный выбор красителя для компонентов невозможен.

Относительно высокий уровень цифрового шума. К сожалению, разделение оказывается далеко не полным. Часть фотонов поглощается в "не своей" области. В результате, цветовая информация оказывается неполной, насыщенность цвета при прямом использовании R G B сигналов с сенсора как значений пиксела изображения даёт малоконтрастную ненасыщенную картинку. Для компенсации этого эффекта требуется вводить агрессивный алгоритм восстановления цветового оттенка. Именно вынужденный подъём насыщенности вносит основной вклад в увеличение итогового шума матрицы. ^[4] ^[5]

[править] Маркетинговые приёмы

Матрица, позиционируемая как «14-мегапиксельная», на самом деле имеет 4.6 миллионов отдельных полноцветных элементов изображения. Снимки более высокого, нежели 4.6 Мп, разрешения, создаются программным путём. При этом в рекламе упоминается именно «умноженное на три» значение разрешения. Для обоснования такого рекламного хода компания вводит своё обственное определение «пиксела» как элемента, воспринимающего одну цветовую компоненту, подчёркивая, что в матрицах с фильтром Байера точно так же каждый пиксел воспринимает только одну цветовую компоненту. ^[6]. Это следует учитывать при сравнении, например, разрешающих способностей матриц между собой.^[7]